6.3.12. Молибден.

Молибден в водных растворах существует как MoO₄^2-, то есть в его наиболее окисленной форме (Мо VI). Но как компонент ферментов, он может быть в форме Мо VI и Мо V. Поглощается, видимо, в комплексе с фитосидерофорами (рис. 6.62). Потребность в молибдене у растений меньше, чем в других микроэлементах, и его концентрация в тканях очень низкая. Но у растений Мо является компонентом ключевого фермента - нитратредуктазы (НР) (см. 3.2.3); у нитрогеназы, осуществляющей фиксацию N₂, в одной из субъединиц также присутствует Мо. Кроме того, в растениях Мо входит в состав ксантиноксидазы. Во всех этих ферментах молибден выполняет как каталитическую, так и структурную функцию. У нитратредуктазы и ксантиноксидазы молибден присутствует в составе молибдоптерина или молибдокофактора (МоСо).

Структурной основой МоСо является производное птерина с боковой цепью в шестом положении. Четырехуглеродная боковая цепь содержит дитиольную (связывающую Мо), гидроксильную и фосфатную группы. МоСо всех молибденсодержащих ферментов растений, бактерий, грибов и животных (ассимиляторные и диссимиляторные нитратредуктазы, алкогольдегидрогеназа, сульфитоксидаза, ксантиноксидаза/дегидрогеназа) сходны и близки по свойствам. МоСо нековалентно связан с белком фермента и в связанном виде устойчив к окислению. У нитратредуктазы МоСо, являясь активным центром, где с участием Мо происходит восстановление NO₃^- до NO₂^-, кроме того, выполняет структурную функцию, связывая две субъединицы. При отщеплении МоСо от апофермента НР инактивируется и может переходить в латентное состояние. «Разборка» фермента может происходить под действием неблагоприятных факторов (например, засоление). Однако, четвертичная структура Мо-фермента собирается также легко, как и разрушается. В системе in 6tro восстановление структуры НР активируется добавлением Мо.

6.3.13. Цинк.

Цинк поглощается как двухвалентный катион и в клетках не окисляется и не восстанавливается. Обнаружен переносчик Zn²⁺, который функционирует в системе унипорта (рис. 6.15), обеспечивая поглощение цинка из среды. Роль Zn как двухвалентного катиона основана на его свойстве формировать тетраэдрические комплексы:

Известно около 300 ферментов из разных организмов, где Zn является стабилизатором. У растений Zn - компонент карбоангидразы (см. главу IV), щелочной фосфатазы, алкогольдегидрогеназы. В клетках листа, наряду с Mg²⁺-зависимой пирофофатазой, обнаружен Zn²⁺-зависимый изоэнзим. В супероксиддисмутазе Zn²⁺ ассоциирован с Cu. В этом изоэнзиме СОД медь, очевидно, представляет каталитический, а цинк – структурный компонент. Cu-Zn-СОД локализована во всех компартментах цитоплазмы.

Zn играет важную роль в метаболизме ДНК и РНК, в синтезе белка, и клеточном делении. Выделен класс Zn-зависимых белков, которые включены в репликацию ДНК, транскрипцию и, следоательно, в регуляцию экспрессии генома. Включение Zn в эти белки необходимо для того, чтобы они могли связываться со специфическими генами. Он встраивается в структуру белка, образуя тетраэдральные комплексы с аминокислотными остатками полипептидной цепи. Таким образом, полипетидная цепь формирует петли или «цинковые пальцы», состоящие из 11-13 аминокислотных остатков. Структура типа «цинковые пальцы» присутствует у многих факторов транскрипции. «Цинковые пальцы» взаимодействуют с двойной спиралью ДНК, что позволяет белковой молекуле, несущей эту структуру, узнавать и специфически связываться с определенными последовательностями нуклеотидов в геноме клетки. Такое связывание, в свою очередь, приводит к активации или ингибированию транскрипции данного гена. Кроме этого, структура типа «цинковые пальцы» может участвовать в белок-белковом узнавании, и, таким образом, играет важную роль в процессах передачи сигнала внутри клетки.

6.3.14. Бор.

Бор входит в группу металлоидов и в водных растворах при концентрации <25 мМ присутствует в мономерной форме В(ОН)₃ или В(ОН)₄^-. Поглошение бора сильно зависит от рН, а его распределение по растению происходит преимущественно с транспирационным током. По флоэме бор может транслоцироваться и ретранслоцируется в относительно больших количествах. Необходимость В для растений установлена очень давно, но до сих пор неясно, каким образом реализуются его функции: в какие конкретные реакции он включен и каков механизм его участия в процессах. Бор присутствует в растениях в концентрации выше, чем другие микроэлементы (по крайней мере, у двудольных) и значительное его количество находится в клеточной стенке. У В-дефицитных растений почти весь бор (90-95%) находится в апопласте. До 70% бора клеточной стенки находится в комплексе с пектином:

При недостатке бора физические свойства клеточной стенки (КС) значительно изменяются, что сопровождается быстрым ингибированием растяжения клеток. Эти нарушения в синтезе клеточной стенки, как предполагают, приводят к «каскадному эффекту» и к последовательным (иногда одновременным) изменениям в процессах, о которых говорилось выше. Последствия недостатка В можно разделить на первичные и вторичные:

Таким образом, конкретные пути включения бора в процессы обмена и механизмы реализации его функций неизвестны. Но можно составить длинный список процессов, где бор необходим: синтезклеточной стенки, структура клеточной стенки, лигнификация, метаболизм углеводов, метаболизм РНК, дыхание, метаболизм ИУК, метаболизм фенолов, транспорт сахаров, функционирование плазмалеммы.